Kondensator Isolieröl ablassen < Elektrotechnik < Ingenieurwiss. < Vorhilfe
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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 00:59 So 25.12.2011 | | Autor: | steftn |
Hallo,
angenommen man hat einen Plattenkondensator mit einer Höhe von 20cm.
Der Plattenkondensator ist zur Hälfe mit Öl gefüllt.
(Die Kondensatorplatten stehen senkrecht, also von oben nach unten)
Jetzt wird er an eine Spannungsquelle angeschlossen und nimmt somit die Ladung Q auf.
Jetzt wird er von der Spannungsquelle getrennt.
Man kann doch jetzt den Kondensator als 2 parallelen Kondensatoren betrachten, einmal mit Dielektrikum Luft (C(luft)) und einmal Dielektrikum Öl (C(Öl)).
Gesetzt der Parallelschaltung bei Kondensatoren:
(Q(gesamt)=Q(luft)+Q(öl))
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So, was passiert nun, wenn man das Isolieröl (zum Teil) ablässt?
Die einzelnen Ladungen Q von C(luft) und C(Öl) bleiben ja gleich, da Parallelschaltung ohne Spannungsquelle.
Q(gesamt, mit Spannungsquelle)=Q(gesamt, ohne Spannungsquelle). Q(gesamt)=Q(luft)+Q(öl).
(Q(luft) muss nicht zwangsläufig Q(öl) sein, [mm] Q(luft)\not=Q(oel))
[/mm]
Die Kapaziät von C(luft) nimmt nun zu, da ja das Öl abgelassen wird und somit die Fläche A von C(luft) steigt.
Q(luft)=C(luft)*U(luft)
So, damit nun Q (luft) konstant bleibt und wir ja wissen, dass C(luft) zunimmt, muss zwangsläufig die Spannung U(luft) sinken.
(Was auch soweit für mich logisch ist).
So, was passiert aber jetzt mit C(öl)?
Die Kapazität von C(öl) im Zeitpunkt des Ölablassens sinkt ja, da die Fläche von C(öl) abnimmt.
Die Ladung von Q(luft) und C(luft) muss ja gleich bleiben da Parallelschaltung ohne Spannungsquelle.
Somit müsste für C(öl) folgendes gelten:
Q(öl)=C(öl)*U(öl)
Damit Q(öl) nun gleich bleibt und da ja C(öl) abnimmt, muss ja zwangsläufig U(öl) ansteigen!
Aber wie passt das jetzt zusammen es ist ja eine Parallelschaltung wo beide Kondensatoren miteinander verbunden sind, somit U(luft)=U(öl)=U(gesamt)?
Es ist ja eine Parallelschaltung in der gilt Q(gesamt)=Q(öl)+Q(luft) und U(öl)=U(luft)=U(gesamt).
Aber das U vom Luftkondensator müsste ja sinken und das U vom Ölkondensator müsste ja steigen, damit Q(gesamt) gleich bleibt, oder geht da irgendwo Ladung verloren?
(ich gehe dabei von Idealbedingungen aus)
Das ganze kann man auch mit einem Plattenkondensator ohne Spannungsquelle mit der Ladung Q vergleichen, wo man das Dielektrikum herauszieht.
Da ist es ja im Idealfall auch so, dass wenn man das Dielektrikum einschiebt, dass dann die Spannung sinkt.
Beim Herausziehen des Dielektrikums nimmt dann die Spannung wieder den ursprünglichen Wert an (im Idealfall).
Dabei handelt es sich ja auch um 2 parallele Kondensatoren sobald das Dielektrikum eingeschoben wird.
Vielleicht kann mir jemand sagen, wo mein Denkfehler ist.
Gruß und schöne Weihnachtsfeiertage.
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 03:46 So 25.12.2011 | | Autor: | steftn |
mhm, ich glaube man muss sich da auf die Gesamtschaltung beziehen.
Wenn das Isolieröl abgelassen wird, dann sinkt ja die Gesamtkapazität. Da die Landung gleich bleiben muss, steigt somit zwangsläufig die Gesamtspannung.
Q=C*U
U(luft), C(luft) und U(öl) steigen an, währenddessen C(öl) abnimmt.
Beim Ölablassen nimmt somit die Ladung vom Luftkondensator immer mehr zu, wogegen die Ladung vom Ölkondensator immer mehr abnimmt. Richtig?
Wenn man das Öl ablässt, dann steigt ja die Gesamtspannung.
Wie kann man nun eigentlich berechnen, ab welchem verringerten Ölstand es zum Durschlag kommt?
Kommt es dann zwangsläufig im Luftkondensator zum Durschlag?
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 11:51 So 25.12.2011 | | Autor: | Infinit |
Hallo,
ja, die Gesamtladung bleibt erhalten und die Teilladung des Luftraums steigt, wohingegen die des Ölraums sinkt. Hieraus ergibt sich eine sich ändernde Gesamtkapazität und damit ändert sich auch die an diesem Gebilde anliegende Spannung. Diese wird jedoch nicht ins Unendliche steigen, denn mehr Energie als man beim Laden reingesteckt hat, ist beim besten Willen in diesem Gebilde nicht vorhanden und das ist bekanntlicherweise
[mm] W = \bruch{1}{2} C U^2 [/mm]
Je nach Änderung der Teilkapazitäten ergibt sich für einen bestimmten Füllstand eine bestimmte Spannung. Was nun die Durchschlagsspannung anbelangt, so kann man auf jeden Fall sagen, dass aufgrund der Dielektrizitätszahl [mm] \epsilon_r [/mm] der Durschlag zuerst im Luftbereich stattfindet, da die Durchschlagsfestigkeit im Ölbereich aufgrund der höheren Dielekrizitätszahl größer ist. Genaue werte sind hier kaum anzugeben, da bereits kleine Unebenheiten in den Platten zu lokalen Feldstärkeerhöhungen führen und solche Gebiete sind prädestiniert für einen Durchschlag. Und natürlich hängt solch ein Durchschlag auch vom Plattenabstand ab. Eine Beschreibung macht also nur Sinn mit Hilfe einer Feldstärkeangabe. Für das Vakuum habe ich mir immer einen Wert der elektrischen Feldstärke von 1 MV pro mm gemerkt. Damit lässt sich schnell eine Abschätzung durchführen.
Viele Grüße,
Infinit
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(Antwort) fertig | | Datum: | 12:22 So 25.12.2011 | | Autor: | GvC |
Es kommt nur dann zum Durchschlag, wenn die Durchschlagfeldstärke von Luft überschritten wird. Ein ungefährer Wert für die elektrische Luftfestigkeit ist 30kV/cm.
Es hängt also von den Anfangsbedingungen und dem Plattenabstand ab, ob ein Durchschlag in Luft erfolgt.
Der Zustand vor dem Ablassen des Öls werde mit Index 1, der nach dem Ablassen des Öls mit Index 2 bezeichnet. Dann ist die Feldstärke in Luft
[mm]E_{2,L}=\frac{U_2}{d}[/mm]
mit
[mm]U_2=U_1\cdot\frac{C_{1,L}+C_{1,\ddot O}}{C_{2,L}+C_{2,\ddot O}}[/mm]
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(Antwort) fertig | | Datum: | 11:28 So 25.12.2011 | | Autor: | Infinit |
Hallo steftn,
einen Großteil der Antwort hst Du Dir schon selbst gegeben, man muss das Gesamtgebilde betrachten, sonst kommt man nicht weiter. Ich schreibe deswegen auch mal bei Deiner zweiten Frage weiter.
Viele Grüße,
Infinit
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(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 04:25 Mo 26.12.2011 | | Autor: | steftn |
Hallo,
ja, ich habs jetzt kapiert.
Hab noch ein bisschen rumgerechnet und verstehe es jetzt.
Danke für eure Hilfe!
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